波束成形陣列技術(shù)可以追溯到100多年前，首次應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，用于測定飛機，船舶和潛艇的方位和位置。直到1970年代中期，當(dāng)微處理器被廣泛使用，這種技術(shù)還是100％聲學(xué)的和相當(dāng)原始的。但現(xiàn)代軟件開發(fā)和數(shù)字信號處理技術(shù)極大地促進了這項技術(shù)的發(fā)展。依托良好的設(shè)計和工藝水平，現(xiàn)在能夠采用先進的麥克風(fēng)陣列系統(tǒng)捕獲所需的聲音，并產(chǎn)生高度清晰和卓越品質(zhì)的音頻信號。
如我們所知道的空間濾波一樣，波束成形也支持聲波和無線電能量這兩種應(yīng)用，因此在蜂窩電話，無線網(wǎng)絡(luò)，生物醫(yī)藥，聲納，地震學(xué)，甚至無線電電天文學(xué)的相關(guān)文章中有時也被討論。
>>>> 聲學(xué)波束成形理論
華盛頓大學(xué)研究員應(yīng)用物理實驗室安德魯A.甘澤解釋說，“波束成形的基本觀點是，當(dāng)你布置了多個相鄰的傳感器發(fā)送信號（或監(jiān)聽聲波）時，你會得到一種干涉圖樣，就像你扔了一些石子在池塘里立刻看到的波紋，會建立干擾漣漪。 如果您選擇的傳感器和傳感器信號延遲的間隔時間恰到好處，你就可以得到一個干涉圖樣，特別是能觀察到其中的大部分信號能量全部消耗在一個特定的方向。”
通過相位陣列中元素的結(jié)合（比如，天線或麥克風(fēng)），這樣，在特定的角度信號經(jīng)歷相長干涉，如遇到破壞性的干擾時，波束成形可用于實現(xiàn)空間選擇性和消除不需要的信號。
波束成形麥克風(fēng)是麥克風(fēng)家族中的一員，由于其驚艷的聲音質(zhì)量，先進的性能和相控陣雷達的相似性，被認為是高指向性或者超指向性麥克風(fēng)。
音頻的專業(yè)人士都知道，全向麥克風(fēng)會拾取來自四面八方的聲音。全向麥克風(fēng)的缺點是，他們往往導(dǎo)致聲音是混響，或空洞，并且包含著一個房間里各個方向的環(huán)境噪音。20世紀(jì)40年底就流行的心形麥克風(fēng)，作為指向性麥克風(fēng)的一種，在今天依然普遍應(yīng)用。 心型話麥克風(fēng)的聲音混響和噪聲都比全向麥克風(fēng)小，因為它們減少了側(cè)面后面的反射音和噪聲對聲音拾取的影響。 但是心形麥克風(fēng)可選擇性有限，以及濾波能力較低，這些都被波束成形技術(shù)超越。
▲波束成形麥克風(fēng)模式
傳統(tǒng)的定向麥克風(fēng)可能在會議應(yīng)用中可以用于執(zhí)行有限的空間濾波，以改善音頻質(zhì)量。這些麥克風(fēng)有一個聲學(xué)特點即有選擇性地拾取空間中的某一個區(qū)域的聲波，并拒絕其他。
波束成形技術(shù)可以用來選擇，或集中在那些只想讓與會者聽到的聲音，而拒絕所有不需要的聲音。選擇所需的聲源，拒絕無關(guān)的聲音一直是大多數(shù)音頻工程師的目標(biāo)。通過先進的微處理器把聲學(xué)波束成形技術(shù)和和集成的數(shù)字信號處理結(jié)合在一起，這是目前技術(shù)上可實現(xiàn)的。波束成形就是這種信號處理技術(shù)，處理那些從波束成形麥克風(fēng)陣列采集到的信號。從各麥克風(fēng)單元采集的信號會被篩選被組合，對一些在特定角度的信號進行相長干涉，而其他干擾信號將被濾除。
波束成形技術(shù)可實現(xiàn)優(yōu)越的空間選擇性，使某些區(qū)域的信號（聲音方向）被放大，而其他區(qū)域的信號顯著減弱。波束成形處理部件還可以被配置，以衰減一些其他方向（比如門或窗）進入房間的噪聲。
波束成形陣列系統(tǒng)通過調(diào)整相位和到達各麥克風(fēng)聲音的振幅，創(chuàng)建波前相長相消的模式，來調(diào)節(jié)和調(diào)整麥克風(fēng)陣列聚焦于期望聲音的方向性。不同麥克風(fēng)的信息被合并分析，使得預(yù)設(shè)的聲學(xué)模式被優(yōu)先處理，并應(yīng)用到音頻會議系統(tǒng)中。
先進的波束成形技術(shù)采用干擾模式來改變陣列的方向性，所以從各個麥克風(fēng)所收集的信息可以被組合以優(yōu)先考慮預(yù)期的聲學(xué)模式。自適應(yīng)波束成形算法也可以自動適應(yīng)不同的聲學(xué)環(huán)境。
目前最先進的視頻會議和電話會議系統(tǒng)均采用專業(yè)設(shè)計的波束成形麥克風(fēng)陣列和相關(guān)的組件和處理器。
>>>> 波束成形技術(shù)在會議應(yīng)用的興起
在音頻/視頻會議系統(tǒng)中，通常的做法是部署一組心型麥克風(fēng)，放置在桌面上，或安裝在天花板上。當(dāng)每一個定向麥克風(fēng)正確對準(zhǔn)發(fā)言者，并連接到一個專業(yè)的音頻處理器，即可實現(xiàn)出色的拾音效果。類似的結(jié)果也可以用無線領(lǐng)夾或手持麥克風(fēng)實現(xiàn)。
董事會議室這樣的環(huán)境中，經(jīng)常希望維持一個整潔干凈的環(huán)境，積極向上企業(yè)形象，如把話筒放在桌面或懸掛在天花板有可能破壞室內(nèi)設(shè)計的審美目標(biāo)。集成了3個麥克風(fēng)的麥克風(fēng)陣列可以有效減少麥克風(fēng)元件的數(shù)量，但仍然很難隱藏，無法提供一種超潔凈又美觀的整體外觀。
其他桌面和天花板麥克風(fēng)的缺點包括必須有額外的工作去管理眾多的話筒，例如檢查無線電池和聲音電平，擔(dān)心講者是否開啟了話筒，環(huán)境噪音是否進入系統(tǒng)，并不斷優(yōu)化調(diào)音臺的水平。此外還有一些麥克風(fēng)安裝座，支架，電纜，安裝和維護的成本。
對比之下，一個現(xiàn)代化的波束成形麥克風(fēng)陣列提供了極大的便利，語音清晰，音質(zhì)卓越，以及可靠的通信。波束成形陣列安裝后不易被注意，可以很好的隱藏在房間的背景中，既美觀又實用。
當(dāng)波束成形麥克風(fēng)陣列安裝在會議桌或天花板或墻壁上，其中數(shù)組麥克風(fēng)單元，相關(guān)的轉(zhuǎn)向算法，數(shù)字信號處理和回聲消除可以“放大”特定發(fā)言者的聲學(xué)增益，并提供完善的音頻質(zhì)量，這是優(yōu)于傳統(tǒng)會議室的拾音系統(tǒng)。
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